(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
管状の金属製フレーム本体に該フレーム本体を補強するための補強体を内蔵した車両用フレーム構造であって、
前記フレーム本体は、外部から曲げ荷重が作用した時に、圧縮方向の力が作用する第１面部と、該第１面部と対向し、引張方向の力が作用する第２面部と、該フレーム本体の第１面部と第２面部との間に位置し、該第１面部と該第２面部との間でそれぞれ角部を形成する両側の第３面部とを有し、
前記補強体は、前記フレーム本体の第１面部と両側の第３面部との間に形成される角部に合致して該角部内面にそれぞれ当接される両側の第１当接部と、前記フレーム本体の第２面部の中央側に合致して当接される第２当接部と、前記フレーム本体の第３面部と離間して該第３面部と当接しない両側の非当接部とを有すると共に、
前記補強体は、前記フレーム本体の第３面部に沿って平行に前記フレーム本体の長手方向に延在する複数の板状のリブを有し、
該複数のリブは、前記第３面部側に近づくにつれて、隣り合うリブの間隔が狭く形成されている、あるいは該リブの肉厚が厚く形成されている、
ことを特徴とする車両用フレーム構造。
【請求項２】
前記第１当接部は、前記フレーム本体の長手方向と直交する方向における前記第３面部の長さの三分の一以上の長さで前記第３面部と当接している、
ことを特徴とする請求項１に記載の車両用フレーム構造。
【請求項３】
前記第１当接部は、前記フレーム本体の第１面部と第３面部との間に形成される角部内面に接着結合されている、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車両用フレーム構造。
【請求項４】
前記補強体は、前記第１面部側における両側の第３面部の間の略中央部に該補強体の内方側へ凹状に窪む第１の凹部を有している、
ことを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１項に記載の車両用フレーム構造。
【請求項５】
前記補強体は、前記フレーム本体の第２面部と両側の第３面部との間に形成される角部に合致して該角部内面にそれぞれ当接される両側の第３当接部を有すると共に、前記第３面部側における第１面部と第２面部との間の略中央部に該補強体の内方側へ凹状に窪む第２の凹部を有し、
前記非当接部は、前記第２の凹部により形成されている、
ことを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１項に記載の車両用フレーム構造。
【請求項６】
前記フレーム本体の内部に複数の前記補強体が該フレーム本体の長手方向に離間して配設され、該複数の補強体を連結する連結部を有している、
ことを特徴とする請求項１から請求項５の何れか１項に記載の車両用フレーム構造。
【請求項７】
前記連結部は、前記フレーム本体の第１面部と第３面部とそれぞれ離間するように設けられている、
ことを特徴とする請求項６に記載の車両用フレーム構造。
【請求項８】
前記補強体は、前記フレーム本体の長手方向における少なくとも前記荷重が作用し得る部分を含む所定範囲に設けられている、
ことを特徴とする請求項１から請求項７の何れか１項に記載の車両用フレーム構造。
【請求項９】
前記補強体は、前記第１面部に沿って延在する底面部と、前記両側の第３面部に沿ってそれぞれ延在する両側の側面部とを有し、
前記底面部に、前記両側の側面部及び前記リブが結合されている、
ことを特徴とする請求項１から請求項８の何れか１項に記載の車両用フレーム構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、管状の金属製フレーム本体に該フレーム本体を補強するための補強体を内蔵した車両用フレーム構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の車両における車体の一部を構成するサイドシルやピラーなどの車両用フレーム（車体フレーム）は一般に、金属製の板状素材を閉断面状に形成した閉断面部材として構成されている。また、車体フレームとして、金属製の閉断面部材の内部に補強部材を取り付けて該閉断面部材を補強するようにしたものも知られている。
【０００３】
例えば特許文献１には、アウタパネルとインナパネルとを接合して閉断面状に形成したピラーの内部に複数のバルクヘッドを配設するとともに、これら複数のバルクヘッドを補強部材で連結することにより、ピラーの外力に対する強度を向上させるようにしたものが開示されている。
【０００４】
また、例えば特許文献２には、閉断面状に形成した車両骨格部材の内部に、少なくとも２組の互いに対向する角部方向に向かって延び、該角部にそれぞれ結合される補強部材を取り付けることにより、車両骨格部材のねじり剛性を高めるようにしたものが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−２０２６７号公報
【特許文献２】特開２００９−１７３１０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記特許文献１及び前記特許文献２に開示されるように、閉断面部材の内部に補強部材を取り付けて補強する場合は、補強部材によって重量の増加を招くこととなるので、サイドシルやピラーなどの車体フレームにおいては、如何に重量の増加を抑制しつつ補強するかが重要な課題となっている。
【０００７】
また、自動車等の車両においては、走行時に、車輪を懸架するサスペンション装置と車体との取付部から車体に荷重が入力され、かかる荷重が、サイドシルやピラーなどの車体フレームに伝達されている。このように、車体フレームは、走行時に荷重が入力されて曲げ変形され得ることから、車体フレームの曲げ剛性を高めることが望まれている。
【０００８】
具体的には後述するが、略矩形閉断面状に形成した閉断面部材に外部から曲げ荷重が作用する場合、圧縮方向の力が作用する第１面部が閉断面部材の内方側へへこんで、該第１面部と該面部に隣接する側面部との間に形成される角部が曲げ荷重の入力方向に変位するとともに該側面部が閉断面部材の外方側へ膨らむように該角部が回転移動し、且つ、引張方向の力が作用する第２面部の中央側が閉断面部材の内方側へへこむことにより、閉断面部材の断面崩れが生じて閉断面部材が曲げ変形されることとなる。
【０００９】
かかる知見によれば、車体フレームとしての閉断面部材に外部から曲げ荷重が作用する場合に生じ得る第１面部と該面部に隣接する側面部との間に形成される角部の変形と第２面部の中央側の変形とを抑制することができれば、車体フレームの曲げ変形を有効に抑制することができ、重量の増加を抑制しつつ車体フレームの曲げ剛性を効率的に高めることができると考えられる。
【００１０】
そこで、この発明は、重量の増加を抑制しつつ曲げ剛性を効率的に高めることができる車両用フレーム構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
このため、本願の請求項１に係る発明は、管状の金属製フレーム本体に該フレーム本体を補強するための補強体を内蔵した車両用フレーム構造であって、前記フレーム本体は、外部から曲げ荷重が作用した時に、圧縮方向の力が作用する第１面部と、該第１面部と対向し、引張方向の力が作用する第２面部と、該フレーム本体の第１面部と第２面部との間に位置し、該第１面部と該第２面部との間でそれぞれ角部を形成する両側の第３面部とを有し、前記補強体は、前記フレーム本体の第１面部と両側の第３面部との間に形成される角部に合致して該角部内面にそれぞれ当接される両側の第１当接部と、前記フレーム本体の第２面部の中央側に合致して当接される第２当接部と、前記フレーム本体の第３面部と離間して該第３面部と当接しない両側の非当接部とを有すると共に、前記補強体は、前記フレーム本体の第３面部に沿って平行に前記フレーム本体の長手方向に延在する複数の板状のリブを有し、該複数のリブは、前記第３面部側に近づくにつれて、隣り合うリブの間隔が狭く形成されている、あるいは該リブの肉厚が厚く形成されている、ことを特徴としたものである。
【００１２】
また、本願の請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、前記第１当接部は、前記フレーム本体の長手方向と直交する方向における前記第３面部の長さの三分の一以上の長さで前記第３面部と当接している、ことを特徴としたものである。
【００１３】
更に、本願の請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２に係る発明において、前記第１当接部は、前記フレーム本体の第１面部と第３面部との間に形成される角部内面に接着結合されている、ことを特徴としたものである。
【００１４】
また更に、本願の請求項４に係る発明は、請求項１から請求項３の何れか１項に係る発明において、前記補強体は、前記第１面部側における両側の第３面部の間の略中央部に該補強体の内方側へ凹状に窪む第１の凹部を有している、ことを特徴としたものである。
【００１５】
また更に、本願の請求項５に係る発明は、請求項１から請求項４の何れか１項に係る発明において、前記補強体は、前記フレーム本体の第２面部と両側の第３面部との間に形成される角部に合致して該角部内面にそれぞれ当接される両側の第３当接部を有すると共に、前記第３面部側における第１面部と第２面部との間の略中央部に該補強体の内方側へ凹状に窪む第２の凹部を有し、前記非当接部は、前記第２の凹部により形成されている、ことを特徴としたものである。
【００１７】
また更に、本願の請求項６に係る発明は、請求項１から請求項５の何れか１項に係る発明において、前記フレーム本体の内部に複数の前記補強体が該フレーム本体の長手方向に離間して配設され、該複数の補強体を連結する連結部を有している、ことを特徴としたものである。
【００１８】
また更に、本願の請求項７に係る発明は、請求項６に係る発明において、前記連結部は、前記フレーム本体の第１面部と第３面部とそれぞれ離間するように設けられている、ことを特徴としたものである。
【００１９】
また更に、本願の請求項８に係る発明は、請求項１から請求項７の何れか１項に係る発明において、前記補強体は、前記フレーム本体の長手方向における少なくとも前記荷重が作用し得る部分を含む所定範囲に設けられている、ことを特徴としたものである。
【００２０】
また更に、本願の請求項９に係る発明は、請求項１から請求項８の何れか１項に係る発明において、前記補強体は、前記第１面部に沿って延在する底面部と、前記両側の第３面部に沿ってそれぞれ延在する両側の側面部とを有し、前記底面部に、前記両側の側面部及び前記リブが結合されている、ことを特徴としたものである。
【発明の効果】
【００２１】
本願の請求項１に係る発明によれば、フレーム本体に内蔵した補強体は、フレーム本体の第１面部と両側の第３面部との間に形成される角部に合致して該角部内面にそれぞれ当接される両側の第１当接部と、フレーム本体の第２面部の少なくとも中央側に合致して当接される第２当接部と、フレーム本体の第３面部と離間して該第３面部と当接しない両側の非当接部とを有している。
【００２２】
これにより、フレーム本体に外部から曲げ荷重が作用する場合に、補強体の第１当接部と第２当接部によってフレーム本体を支持し、圧縮方向の力が作用する第１面部と該面部に隣接する第３面部との間に形成される角部が曲げ荷重の入力方向に変位するとともに該第３面部がフレーム本体の外方側へ膨らむように該角部が回転移動して変形することを抑制することができるとともに、引張方向の力が作用する第２面部がフレーム本体の内方側へへこんで変形することを抑制することができるので、フレーム本体の曲げ剛性を効果的に高めることができる。また、補強体の非当接部によってフレーム本体の曲げ剛性の向上に余り寄与しない部分を肉抜きして重量の増加を抑制することができ、重量の増加を抑制しつつ曲げ剛性を効率的に高めることができる。
また更に、補強体は、フレーム本体の第３面部に沿って平行に延在する複数の板状のリブを有し、該複数のリブは、第３面部側に近づくにつれてリブの間隔が狭く形成されている、あるいはリブの肉厚が厚く形成されていることにより、重量の増加を抑制しつつ、フレーム本体に外部から曲げ荷重が作用する場合に、第１面部と該面部に隣接する第３面部との間に形成される角部の変形を効果的に抑制することができる。
【００２３】
また、本願の請求項２に係る発明によれば、第１当接部は、フレーム本体の長手方向と直交する方向における第３面部の長さの三分の一以上の長さで第３面部と当接していることにより、フレーム本体に外部から曲げ荷重が作用する場合に、応力が高くなり得る部分を有効に補強することができ、前記効果をより具体的に実現することができる。
【００２４】
更に、本願の請求項３に係る発明によれば、第１当接部は、フレーム本体の第１面部と第３面部との間に形成される角部内面に接着結合されていることにより、ＮＶＨ（ノイズ・バイブレーション・ハーシュネス）の性能を向上させることができるとともに、補強体が倒れることを抑制することができ、前記効果を有効に得ることができる。
【００２５】
また更に、本願の請求項４に係る発明によれば、補強体は、第１面部側における両側の第３面部の間の略中央部に該補強体の内方側へ凹状に窪む第１の凹部を有していることにより、フレーム本体の曲げ剛性の向上に余り寄与しない部分を肉抜きして重量の増加を抑制することができ、前記効果をより有効に奏することができる。
【００２６】
また更に、本願の請求項５に係る発明によれば、補強体は、フレーム本体の第２面部と両側の第３面部との間に形成される角部に合致して該角部内面にそれぞれ当接される両側の第３当接部を有することにより、フレーム本体に外部から曲げ荷重が作用する場合に、第２面部と該面部に隣接する第３面部との間に形成される角部を有効に補強することができ、フレーム本体の曲げ剛性をさらに高めることができる。
【００２８】
また更に、本願の請求項６に係る発明によれば、フレーム本体の内部に複数の補強体が該フレーム本体の長手方向に離間して配設され、該複数の補強体を連結する連結部を有していることにより、補強体が倒れることを有効に抑制することができ、前記効果をより有効に奏することができる。また、複数の補強体のフレーム本体への取り付けを容易に行うことができ、作業効率を向上させることができる。
【００２９】
また更に、本願の請求項７に係る発明によれば、連結部は、フレーム本体の第１面部と第３面部とそれぞれ離間するように設けられていることにより、重量の増加を抑制しつつ、前記効果を有効に奏することができる。
【００３０】
また更に、本願の請求項８に係る発明によれば、補強体は、フレーム本体の長手方向における少なくとも荷重が作用し得る部分を含む所定範囲に設けられていることにより、重量の増加を抑制しつつフレーム本体の曲げ剛性を効率的に高めることができ、前記効果をより有効に奏することができる。
【００３１】
また更に、本願の請求項９に係る発明によれば、補強体は、第１面部に沿って延在する底面部と、両側の第３面部に沿ってそれぞれ延在する両側の側面部とを有し、底面部に、両側の側面部及びリブが結合されていることにより、フレーム本体に入力される荷重を補強体の底面部を通じて側面部及びリブに伝達して分散させることができ、フレーム本体の第３面部がフレーム本体の外方側に膨らんで座屈することを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る車両用フレーム構造を適用した車体フレームの斜視図である。
【図２】図１におけるＹ２ａ−Ｙ２ａ線及びＹ２ｂ−Ｙ２ｂ線に沿った車体フレームの断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る車両用フレーム構造を適用した車体フレームの斜視図である。
【図４】図３におけるＹ４ａ−Ｙ４ａ線及びＹ４ｂ−Ｙ４ｂ線に沿った車体フレームの断面図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る車両用フレーム構造を適用した車体フレームの斜視図である。
【図６】図５におけるＹ６ａ−Ｙ６ａ線及びＹ６ｂ−Ｙ６ｂ線に沿った車体フレームの断面図である。
【図７】図５におけるＹ７−Ｙ７線に沿った車体フレームの断面図である。
【図８】本発明の第４の実施形態に係る車両用フレーム構造を適用した車体フレームの斜視図である。
【図９】図８に示す車体フレームをＹ９−Ｙ９線に沿った断面で切断した図である。
【図１０】図８におけるＹ１０ａ−Ｙ１０ａ線及びＹ１０ｂ−Ｙ１０ｂ線に沿った車体フレームの断面図である。
【図１１】図９におけるＹ１１−Ｙ１１線に沿った車体フレームの断面図である。
【図１２】サイドシルに外部から荷重が作用するときに該サイドシルに生じる応力を示す図である。
【図１３】図１２におけるＹ１３−Ｙ１３線に沿ったサイドシルの断面図である。
【図１４】本発明の第１の実施形態に係る車両用フレーム構造のサイドシルへの適用を説明するための説明図である。
【図１５】図１４におけるＹ１５−Ｙ１５線に沿ったサイドシルの断面図である。
【図１６】本発明の第３の実施形態に係る車両用フレーム構造のサイドシルへの適用を説明するための説明図である。
【図１７】閉断面状に形成したフレーム本体に外部から曲げ荷重が作用するときのフレーム本体の変形を説明するための説明図である。
【図１８】フレーム本体に外部から曲げ荷重が作用するときに該フレーム本体に内蔵させた補強体に生じる応力を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明では、必要に応じて特定の方向や位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、「右」、「左」及びそれらの用語を含む別の用語）を用いるが、それらの用語の使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が限定されるものではない。
【００３４】
本願発明者等は、管状の金属製フレーム本体に補強体を内蔵した車両用フレーム構造において、重量の増加を抑制しつつ曲げ剛性を効率的に高めることができる車両用フレーム構造の開発にあたり、先ず、略矩形閉断面状に形成した閉断面部材として管状の金属製フレーム本体に外部から曲げ荷重が作用して曲げ変形する際の変形挙動についてシミュレーション解析を行った。
【００３５】
図１７は、閉断面状に形成したフレーム本体に外部から曲げ荷重が作用するときのフレーム本体の変形を説明するための説明図であり、図１７では、シミュレーション解析による外部から曲げ荷重が作用したときのフレーム本体の断面を示すとともに、外部から曲げ荷重が作用する前のフレーム本体の断面を二点鎖線で示している。なお、図１７では、フレーム本体の長手方向中央部の断面について、その断面変形を分かり易くするために変形を誇張して示している。
【００３６】
図１７の二点鎖線で示すように、フレーム本体２００として、略平面状に形成される底面部２０１ａ、該底面部２０１ａの両側において該底面部２０１ａから略垂直方向に延びる両側の側面部２０１ｂ、及び該両側の側面部２０１ｂからそれぞれ略直角方向に外側に延びる両側のフランジ部２０１ｃを備えて断面ハット状に形成された第１の板状部材２０１と、略平面状に形成される平面部２０２ａを備えた平板状の第２の板状部材２０２とから構成され、第１の板状部材２０１の両側のフランジ部２０１ｃを第２の板状部材２０２の平面部２０２ａに接合することにより略矩形閉断面状に形成したモデルを用い、このフレーム本体２００の長手方向両端部近傍をそれぞれ支持した状態でフレーム本体２００の長手方向中央部に外部（図１７では上部）から曲げ荷重Ｆを作用させて解析を行った。
【００３７】
かかる解析によれば、フレーム本体２００に外部から曲げ荷重Ｆが作用する場合、フレーム本体２００は該フレーム本体２００の長手方向において下側に凸状に湾曲して変形し、第１の板状部材２０１の底面部２０１ａではフレーム本体２００の長手方向両端から圧縮方向の力が作用して圧縮応力が生じ、第２の板状部材２０２の平面部２０２ａではフレーム本体２００の長手方向両端から引張方向の力が作用して引張応力が生じ、第１の板状部材２０１の側面部２０１ｂでは、中立軸より第１の板状部材２０１の底面部２０１ａ側では圧縮応力が生じ、中立軸より第２の板状部材２０２の平面部２０２ａ側では引張応力が生じることとなる。
【００３８】
なお、以下では、フレーム本体２００に外部から曲げ荷重Ｆが作用した時に、圧縮方向の力が作用する第１の板状部材２０１の底面部２０１ａを第１面部２０１ａとして表し、第２の板状部材２０２の平面部２０２ａを第２面部２０２ａとして表し、第１の板状部材２０１の側面部２０１ｂを第３面部２０１ｂとして表す。
【００３９】
フレーム本体２００に外部から曲げ荷重Ｆが作用する場合にはまた、図１７に示すように、第１面部２０１ａがフレーム本体２００の内方側へへこんで、該第１面部２０１ａと該面部２０１ａに隣接する第３面部２０１ｂとの間に形成される角部２００ａが曲げ荷重Ｆの入力方向に変位するとともに該第３面部２０１ｂがフレーム本体２００の外方側へ膨らむように該角部２００ａが矢印ａで示す方向に（図１７では、右側の角部２００ａが反時計回り方向に、左側の角部２００ａが時計回り方向に）回転移動し、且つ、第２面部２０２ａがフレーム本体２００の内方側へへこむことにより、フレーム本体２００の断面崩れが生じてフレーム本体２００が曲げ変形されることとなる。
【００４０】
また、本願発明者等は、略矩形閉断面状に形成した閉断面部材として管状の金属製フレーム本体に樹脂製補強体を内蔵させ、該フレーム本体に外部から曲げ荷重が作用するときに該フレーム本体に内蔵させた補強体に生じる応力についてシミュレーション解析を行った。
【００４１】
図１８は、フレーム本体に外部から曲げ荷重が作用するときに該フレーム本体に内蔵させた補強体に生じる応力を示す図であり、図１８では、シミュレーション解析によって得られた補強体に生じる応力分布を、フレーム本体の長手方向中央部の断面について示している。
【００４２】
図１８に示すように、フレーム本体３００として、図１７に示すフレーム本体２００と同様に、底面部３０１ａ、両側の側面部３０１ｂ及び両側のフランジ部３０１ｃを備えた第１の板状部材３０１と、平面部３０２ａを備えた第２の板状部材３０２とから構成され、第１の板状部材３０１と第２の板状部材３０２を接合して略矩形閉断面状に形成したモデルを用いた。
【００４３】
なお、フレーム本体３００についても、該フレーム本体３００に外部から曲げ荷重Ｆが作用した時に、圧縮方向の力が作用する第１の板状部材３０１の底面部３０１ａを第１面部３０１ａとして表し、第２の板状部材３０２の平面部３０２ａを第２面部３０２ａとして表し、第１の板状部材３０１の側面部３０１ｂを第３面部３０１ｂとして表す。
【００４４】
一方、補強体３２０としては、第１面部３０１ｂに沿って延在する底面部３２１と、底面部３２１に結合されて底面部３２１の両側から略垂直方向に第２面部３０２ａまで延び、第３面部３０１ｂに沿って延在する両側の側面部３２２と、底面部３２１に結合されて底面部３２１から略垂直方向に第２面部３０２ａまで延び、格子状に配設された板状のリブ３２３、具体的には、第３面部３０１ｂに平行に延びる縦リブ３２３ａ（図１８の二点鎖線参照）及びフレーム本体３００の長手方向と直交する方向に延びる横リブ３２３ｂとを有するモデルを用いた。なお、補強体３２０には、フレーム本体３００の長手方向両側にも側面部が設けられている。
【００４５】
そして、フレーム本体３００に接着材３２９を介して補強体３２０を内蔵させ、このフレーム本体３００の長手方向両端部近傍をそれぞれ支持した状態でフレーム本体３００の長手方向中央部に外部（図１８では上部）から曲げ荷重Ｆを作用させて解析を行った。なお、補強体３２０は、フレーム本体３００の長手方向中央部に横リブ３２３ｂが配置されるようにフレーム本体３００に内蔵させ、図１８では、補強体３２０の横リブ３２３ｂに生じる応力分布を示している。
【００４６】
図１８に示すように、かかる解析によれば、補強体３２０を内蔵したフレーム本体３００に外部から曲げ荷重Ｆが作用する場合、補強体３２０は、第１面部３０１ａ側においては、第１面部３０１ａと該面部３０１ａに隣接する第３面部３０１ｂとの間に形成される角部３００ａの変形に伴って、矢印Ｐ１で示すように、該角部３００ａの内面に接着結合される部分において応力が高くなっている。特に、補強体３２０では、角部３００ａ近傍の応力の高い部分（クロスハッチングを施した領域）の底面部３２１ａからの長さＨ１は、フレーム本体３００の長手方向と直交する方向における第３面部３０１ｂの長さＨ２の三分の一程度の長さとなるような応力分布を示している。
【００４７】
また、補強体３２０は、第２面部３０２ａ側においては、第２面部３０２ａの中央側の変形に伴って、矢印Ｐ２で示すように、該第２面部３０２ａの中央側に当接する部分において応力が高くなっている。
【００４８】
そこで、これらシミュレーション解析結果から、略矩形断面状に形成した管状の金属製フレーム本体に補強体を内蔵した車両用フレーム構造において、フレーム本体に外部から曲げ荷重が作用する場合に生じ得るフレーム本体の第１面部と該面部に隣接する第３面部との間に形成される角部の変形とフレーム本体の第２面部の中央側の変形を抑制することができれば、フレーム本体の曲げ変形を有効に抑制することができ、重量の増加を抑制しつつフレーム本体の曲げ剛性を効率的に高めることができるものと考えられる。
【００４９】
以下、本発明の実施形態に係る車両用フレーム構造について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る車両用フレーム構造を適用した車体フレームの斜視図、図２は、図１におけるＹ２ａ−Ｙ２ａ線及びＹ２ｂ−Ｙ２ｂ線に沿った車体フレームの断面図であり、図２（ａ）は、Ｙ２ａ−Ｙ２ａ線に沿った車体フレームの断面図、図２（ｂ）は、Ｙ２ｂ−Ｙ２ｂ線に沿った車体フレームの断面図である。なお、図１、並びに後述する図３、図５、図８及び図９では、フレーム本体内の補強体を明瞭に図示するため、フレーム本体を二点鎖線で示し、これを透過状態で示している。
【００５０】
図１及び図２に示すように、本発明の第１の実施形態に係る車両用フレーム構造を適用した車体フレーム１は、略矩形閉断面状に形成した管状のフレーム本体１０と、該フレーム本体１０の内部に取り付けられ、該フレーム本体１０を補強するための補強体２０とを有している。
【００５１】
フレーム本体１０は、鋼板などの金属製の板状素材を断面ハット状にプレス加工して得られる第１の板状部材１１と、鋼板などの金属製の板状素材でなる第２の板状部材１２とから構成されている。第１の板状部材１１は、略平面状に形成される底面部１１ａと、底面部１１ａの両側において該底面部１１ａからそれぞれ略垂直方向に延びる両側の側面部１１ｂと、両側の側面部１１ｂからそれぞれ略直角方向に外側に延びる両側のフランジ部１１ｃとを備え、第２の板状部材１２は、略平面状に形成される平面部１２ａを備えている。そして、第１の板状部材１１のフランジ部１１ｃを第２の板状部材１２の平面部１２ａに当接させてスポット溶接等で接合することにより、フレーム本体１０が略矩形閉断面状に形成されている。
【００５２】
本実施形態に係る車体フレーム１は、外部から曲げ荷重が作用することが想定される方向にフレーム本体１０の第１の板状部材１１の底面部１１ａが配置される。これにより、フレーム本体１０に外部から曲げ荷重が作用する時には、第１の板状部材１１の底面部１１ａに圧縮方向の力が作用して圧縮応力が生じ、該底面部１１ａに対向する第２の板状部材１２の平面部１２ａに引張方向の力が作用して引張応力が生じることとなる。
【００５３】
なお、フレーム本体１０に外部から曲げ荷重が作用した時に、圧縮方向の力が作用する第１の板状部材１１の底面部１１ａを第１面部１１ａとして表し、該底面部１１ａに対向し、引張方向の力が作用する第２の板状部材１２の平面部１２ａを第２面部１２ａとして表し、該底面部１１ａと該平面部１２ａとの間に位置し、該底面部１１ａと該平面部１２ａとの間でそれぞれ角部１０ａ、１０ｂを形成する両側の第１の板状部材１１の側面部１１ｂを第３面部１１ｂとして表す。
【００５４】
補強体２０は、樹脂材料を射出成形等によって成形して得られるものであり、フレーム本体１０の第１面部１１ａと両側の第３面部１１ｂとの間に形成される角部１０ａに合致して該角部内面にそれぞれ当接される両側の第１当接部２０ａと、フレーム本体１０の第２面部１２ａの中央側に合致して当接される第２当接部２０ｂと、フレーム本体１０の第３面部１１ｂと離間して該第３面部１１ｂと当接しない両側の非当接部と２０ｃを有している。
【００５５】
また、補強体２０は、図２に示すように、フレーム本体１０の第１面部１１ａに沿って延在する底面部２１と、フレーム本体１０の長手方向と直交する方向における底面部２１の両側から略垂直方向にフレーム本体１０の第３面部１１ｂに沿って延在する両側の第１側面部２２と、フレーム本体１０の長手方向における底面部２１の両側から略垂直方向にフレーム本体１０の長手方向と直交する方向に延在する両側の第２側面部２３と、底面部２１から略垂直方向にフレーム本体１０の第２面部１２ａに向かって延びる複数の板状のリブ２４と、を有している。
【００５６】
補強体２０の底面部２１は、フレーム本体１０の両側の第３面部１１ｂの間の略中央部が補強体２０の内方側へ窪んで形成されており、補強体２０は、第１面部１１ａ側における両側の第３面部１１ｂの間の略中央部に該補強体２０の内方側へ凹状に窪む凹部（第１の凹部）２１ａを有している。これにより、フレーム本体１０の曲げ剛性の向上に余り寄与しない部分を肉抜きして重量の増加を抑制することができる。
【００５７】
補強体２０の第１側面部２２は、底面部２１に結合され、該底面部２１からフレーム本体１０の第１面部１１ａと第２面部１１ｂとの間の略中央部まで延びている。また、第１側面部２２は、フレーム本体１０の長手方向と直交する方向における第３面部１１ｂの長さの三分の一以上の長さで形成されている。
【００５８】
一方、補強体２０の第２側面部２３は、底面部２１に結合され、フレーム本体１０の角部１０ａに合致して該角部内面に当接するように形成されるとともに、フレーム本体１０の第２面部１２ａの中央側に合致して該第２面部１２ａの中央側に当接するように形成されている。
【００５９】
また、第２側面部２３は、第３面部１１ｂ側が、第１面部１１ａ側ではフレーム本体１０の第３面部１１ｂに当接するように形成されるとともに該第２側面部２３に結合される第１側面部２２と底面部２１からの長さが同一になるように形成され、第２面部１２ａ側ではフレーム本体１０の第３面部１１ｂと離間して当接しないように形成され、第２面部１２ａ側に近づくにつれて第３面部１１ｂとの離間距離が大きくなるように形成されている。
【００６０】
補強体２０のリブ２４は、底面部２１及び第２側面部２３に結合され、図２に示すように、フレーム本体１０の第３面部１１ｂに沿って平行にフレーム本体１０の長手方向に延在している。補強体２０では、両側の第１側面部２２の間の空間がリブ２４によって区画され、フレーム本体１０の第１面部１１ａから第２面部１２ａに向かう方向に開口する四角形状の開口部２５が形成されている。
【００６１】
これら複数のリブ２４は、フレーム本体１０の長手方向と直交する方向においてフレーム本体１０の中央部にリブ２４が設けられるとともに、フレーム本体１０の中央側から第３面部１１ｂ側に近づくにつれて隣り合うリブ２４の間隔が狭く形成され、フレーム本体１０の中央側から第３面部１１ｂ側に近づくにつれて開口部２５の大きさが小さく形成されている。
【００６２】
また、複数のリブ２４は、フレーム本体１０の長手方向と直交する方向においてフレーム本体１０の中央側では、第２面部１２ａに当接するように形成されているが、フレーム本体１０の長手方向と直交する方向においてフレーム本体１０の第３面部１１ｂ側では、該第３面部１１ｂと離間して当接しないように形成され、リブ２４の長さが短く形成されている。なお、リブ２４は、図２（ａ）に示すように、該リブ２４に結合される第２側面部２３と底面部２１からの長さが同一となるように形成されている。
【００６３】
そして、補強体２０は、底面部２１がフレーム本体１０の第１面部１１ａに沿って配設されて該第１面部１１ａに接着材２９によって接着結合されるとともに、第１側面部２２がフレーム本体１０の第３面部１１ｂに沿って配設されて該第３面部１１ｂに接着材２９によって接着結合されている。
【００６４】
このようにして、車体フレーム１では、補強体２０は、フレーム本体１０の角部１０ａに合致して該角部内面に接着材２９を介してそれぞれ当接される両側の第１当接部２０ａが底面部２１と第１側面部２２と第２側面部２３によって構成され、フレーム本体１０の第２面部１１ａの中央側に合致して当接される第２当接部２０ｂが第２側面部２３とリブ２４によって構成され、フレーム本体１０の第３面部１１ｂと離間して該第３面部１１ｂと当接しない両側の非当接部２０ｃが第２側面部２３とリブ２４によって構成され、第１当接部２０ａは、フレーム本体１０の長手方向と直交する方向における第３面部１１ｂの長さの三分の一以上の長さで第３面部１１ｂと当接している。
【００６５】
本実施形態では、車体フレーム１において、フレーム本体１０に内蔵した補強体２０は、両側の第２側面部２３の間に複数のリブ２４が配設されることにより開口部２５を備えて中空状に形成されているが、両側の第２側面部２３の間の空間を充填して中実状に形成することも可能である。
【００６６】
また、本実施形態では、複数のリブ２４は、第３面部１１ｂ側に近づくにつれてリブ２４の間隔が狭く形成されているが、リブ２４の間隔を略一定にするようにしてもよい。また、リブ２４の間隔とは別に、第３面部１１ｂ側に近づくにつれてリブ２４の肉厚を厚く形成するようにしてもよい。
【００６７】
このように、本発明の第１の実施形態に係る車両用フレーム構造１では、フレーム本体１０に内蔵した補強体２０は、フレーム本体１０の第１面部１１ａと両側の第３面部１１ｂとの間に形成される角部１０ａに合致して該角部内面にそれぞれ当接される両側の第１当接部２０ａと、フレーム本体１０の第２面部１２ａの中央側に合致して当接される第２当接部２０ｂと、フレーム本体１０の第３面部１１ｂと離間して該第３面部１１ｂと当接しない両側の非当接部２０ｃとを有している。
【００６８】
これにより、フレーム本体１０に外部から曲げ荷重が作用する場合に、補強体２０の第１当接部２０ａと第２当接部２０ｂによってフレーム本体１０を支持し、第１面部１１ａと該面部１１ａに隣接する第３面部１１ｂとの間に形成される角部１０ａが曲げ荷重の入力方向に変位するとともに該第３面部１１ｂがフレーム本体１０の外方側へ膨らむように該角部１０ａが回転移動して変形することを抑制することができるとともに、第２面部１２ａがフレーム本体１０の内方側へへこんで変形することを抑制することができるので、フレーム本体１０の曲げ剛性を効果的に高めることができる。また、補強体２０の非当接部２０ｃによってフレーム本体１０の曲げ剛性の向上に余り寄与しない部分を肉抜きして重量の増加を抑制することができ、重量の増加を抑制しつつ曲げ剛性を効率的に高めることができる。
【００６９】
また、第１当接部２０ａは、フレーム本体１０の長手方向と直交する方向における第３面部１１ｂの長さの三分の一以上の長さで第３面部１１ｂと当接していることにより、フレーム本体１０に外部から曲げ荷重が作用する場合に、応力が高くなり得る部分を有効に補強することができる。
【００７０】
更に、第１当接部２０ａは、フレーム本体１０の第１面部１１ａと第３面部１１ｂとの間に形成される角部内面に接着結合されていることにより、ＮＶＨ（ノイズ・バイブレーション・ハーシュネス）の性能を向上させることができるとともに、補強体が倒れることを抑制することができる。
【００７１】
また更に、補強体２０は、フレーム本体１０の第３面部１１ｂに沿って平行に延在する複数の板状のリブ２４を有し、該複数のリブ２４は、第３面部１１ｂ側に近づくにつれて、リブの間隔が狭く形成されている、あるいはリブの肉厚が厚く形成されていることにより、重量の増加を抑制しつつ、フレーム本体１０に外部から曲げ荷重が作用する場合に、第１面部１１ａと該面部１１ａに隣接する第３面部１１ｂとの間に形成される角部１０ａの変形を効果的に抑制することができる。
【００７２】
また、補強体２０は、第１面部１１ａに沿って延在する底面部２１と、両側の第３面部１１ｂに沿ってそれぞれ延在する両側の側面部２２とを有し、底面部２１に、両側の側面部２１及びリブ２３が結合されていることにより、フレーム本体１０に入力される荷重を補強体２０の底面部２１を通じて側面部２２及びリブ２３に伝達して分散させることができ、フレーム本体１０の第３面部１１ｂがフレーム本体１０の外方側に膨らんで座屈することを抑制することができる。
【００７３】
本実施形態に係る車体フレーム１では、補強体２０は、好ましくは、フレーム本体１０の長手方向における少なくとも外部から曲げ荷重が作用し得る部分を含む所定範囲に設けられる。これにより、重量の増加を抑制しつつフレーム本体１０の曲げ剛性を効率的に高めることができる。
【００７４】
図３は、本発明の第２の実施形態に係る車両用フレーム構造を適用した車体フレームの斜視図、図４は、図３におけるＹ４ａ−Ｙ４ａ線及びＹ４ｂ−Ｙ４ｂ線に沿った車体フレームの断面図であり、図４（ａ）は、Ｙ４ａ−Ｙ４ａ線に沿った車体フレームの断面図、図４（ｂ）は、Ｙ４ｂ−Ｙ４ｂ線に沿った車体フレームの断面図である。なお、第２の実施形態において、第１の実施形態と同様の構成を備えて同様の作用をなすものについては同一符号を付して説明を省略する。
【００７５】
図３及び図４に示すように、本発明の第２の実施形態に係る車両用フレーム構造を適用した車体フレーム３１は、車体フレーム１と同様に、フレーム本体１０に補強体４０が内蔵され、補強体４０は、フレーム本体１０の第１面部１１ａと両側の第３面部１１ｂとの間に形成される角部１０ａに合致して該角部内面にそれぞれ当接される両側の第１当接部４０ａと、フレーム本体１０の第２面部１２ａの中央側に合致して当接される第２当接部４０ｂと、フレーム本体１０の第３面部１１ｂと離間して該第３面部１１ｂと当接しない両側の非当接部と４０ｃを有し、車体フレーム３１ではさらに、フレーム本体１０の第２面部１２ａと両側の第３面部１１ｂとの間に形成される角部１０ｂに合致して該角部１０ｂ内面にそれぞれ当接される両側の第３当接部４０ｄを有している。
【００７６】
補強体４０は、フレーム本体１０の第１面部１１ａに沿って延在する底面部４１と、フレーム本体１０の長手方向と直交する方向における底面部４１の両側から略垂直方向にフレーム本体１０の第３面部１１ｂに沿って延在する両側の第１側面部４２と、フレーム本体１０の長手方向における底面部４１の両側から略垂直方向にフレーム本体１０の長手方向と直交する方向に延在する両側の第２側面部４３と、底面部４１から略垂直方向にフレーム本体１０の第２面部１２ａまで延びる複数の板状のリブ４４とを有している。
【００７７】
補強体４０の底面部４１は、フレーム本体１０の両側の第３面部１１ｂの間の略中央部の肉厚が薄く形成されることによりフレーム本体１０の両側の第３面部１１ｂの間の略中央部が補強体２０の内方側へ窪んで形成されている。このようにして、補強体４０においても、第１面部１１ａ側における両側の第３面部１１ｂの間の略中央部に該補強体４０の内方側へ凹状に窪む凹部（第１の凹部）４１ａが設けられている。
【００７８】
底面部４１に結合される第１側面部４２は、フレーム本体１０の第２面部１２ａまで延び、図４（ａ）に示すように、フレーム本体１０の第１面部１１ａと第２面部１１ｂとの間の略中央部の肉厚が薄く形成され、補強体４０は、第３面部１１ｂ側におけるフレーム本体１０の第１面部１１ａと第２面部１１ｂとの間の略中央部に補強体４０の内方側へ凹状に窪む凹部（第２の凹部）４２ａを有している。
【００７９】
補強体４０の第２側面部４３は、底面部４１に結合され、フレーム本体１０の角部１０ａに合致して該角部内面に当接するように形成されるとともに、フレーム本体１０の第２面部１２ａの中央側に合致して該第２面部１２ａの中央側に当接するように形成され、且つ、フレーム本体１０の角部１０ｂに合致して該角部１０ｂ内面に当接するように形成されている。
【００８０】
また、第２側面部４３は、第３面部１１ｂ側が、第１面部１１ａ側及び第２面部１２ａ側ではフレーム本体１０の第３面部１１ｂに当接するように形成されているが、第１面部１１ａと第２面部１１ｂとの間の略中央部では、補強体４０の内方側へ凹状に窪んで形成されている。
【００８１】
補強体４０のリブ４４は、底面部４１及び第２側面部４３に結合され、図４に示すように、フレーム本体１０の第３面部１１ｂに沿って平行にフレーム本体１０の長手方向に延在している。補強体４０においても、リブ４４によって四角形状の開口部４５が形成されているが、補強体４０では、隣り合うリブ２４の間隔が等しく形成され、等しい大きさの開口部４５が形成されている。
【００８２】
そして、補強体４０についても、底面部４１がフレーム本体１０の第１面部１１ａに沿って配設されて該第１面部１１ａに接着材２９によって接着結合されるとともに、第１側面部４２がフレーム本体１０の第３面部１１ｂに沿って配設されて該第３面部１１ｂに接着材２９によって接着結合されている。
【００８３】
このようにして、車体フレーム３１では、補強体４０は、フレーム本体１０の角部１０に合致して該角部内面に接着材２９を介してそれぞれ当接される両側の第１当接部４０ａが底面部４１と第１側面部４２と第２側面部４３によって構成され、フレーム本体１０の第２面部１１ａの中央側に合致して当接される第２当接部４０ｂが第２側面部４３とリブ４４によって構成され、フレーム本体１０の第３面部１１ｂと離間して該第３面部１１ｂと当接しない両側の非当接部４０ｃが第１側面部４２と第２側面部４３によって構成され、フレーム本体１０の角部１０ｂに合致して該角部内面に接着材２９を介して当接される両側の第３当接部４０ｄが第１側面部４２と第２側面部４３によって構成され、非当接部４０ｃは、第２の凹部４２ａにより形成されている。
【００８４】
車体フレーム３１では、フレーム本体１０に内蔵した補強体４０は、両側の第２側面部４３の間に複数のリブ４４が配設されることにより開口部４５を備えて中空状に形成されているが、両側の第２側面部４３の間の空間を充填して中実状に形成することも可能である。また、複数のリブ４４を、第３面部１１ｂ側に近づくにつれてリブ４４の間隔が狭くしたり、第３面部１１ｂ側に近づくにつれてリブ４４の肉厚を厚く形成したりするようにしてもよい。
【００８５】
このようにして構成される車両用フレーム構造３１においても、フレーム本体１０に内蔵した補強体４０は、両側の第１当接部４０ａと第２当接部４０ｂを有していることによりフレーム本体１０の角部１０ａの変形を抑制することができるとともに第２面部１２ａの変形を抑制することができ、また、両側の非当接部４０ｃを有していることによりフレーム本体１０の曲げ剛性の向上に余り寄与しない部分を肉抜きして重量の増加を抑制することができるので、重量の増加を抑制しつつ曲げ剛性を効率的に高めることができる。
【００８６】
また、車両用フレーム構造３１では、補強体４０は、フレーム本体１０の第２面部１２ａと両側の第３面部１１ｂとの間に形成される角部１０ｂに合致して該角部１０ｂ内面にそれぞれ当接される両側の第３当接部４０ｄを有することにより、フレーム本体１０に外部から曲げ荷重が作用する場合に、第２面部１２ａと該面部１２ａに隣接する第３面部１１ｂとの間に形成される角部１０ｂを有効に補強することができ、フレーム本体１０の曲げ剛性をさらに高めることができる。
【００８７】
図５は、本発明の第３の実施形態に係る車両用フレーム構造を適用した車体フレームの斜視図，図６は、図５におけるＹ６ａ−Ｙ６ａ線及びＹ６ｂ−Ｙ６ｂ線に沿った車体フレームの断面図であり、図６（ａ）は、Ｙ６ａ−Ｙ６ａ線に沿った車体フレームの断面図、図６（ｂ）は、Ｙ６ｂ−Ｙ６ｂ線に沿った車体フレームの断面図、図７は、図５におけるＹ７−Ｙ７線に沿った車体フレームの断面図である。なお、第３の実施形態において、第２の実施形態と同様の構成を備えて同様の作用をなすものについては同一符号を付して説明を省略する。
【００８８】
図５から図７に示すように、本発明の第３の実施形態に係る車両用フレーム構造を適用した車体フレーム５１は、車体フレーム３１と同様に、フレーム本体１０に補強体６０が内蔵され、補強体６０は、フレーム本体１０の角部１０ａに合致して該角部内面にそれぞれ当接される両側の第１当接部６０ａと、フレーム本体１０の第２面部１２ａの中央側に合致して当接される第２当接部６０ｂと、フレーム本体１０の第３面部１１ｂと離間して該第３面部１１ｂと当接しない両側の非当接部６０ｃと、フレーム本体１０の角部１０ｂに合致して該角部内面にそれぞれ当接される両側の第３当接部６０ｄを有しているが、補強体６０では、フレーム本体１０の第３面部１１ｂに平行に延びるリブが設けられておらず、補強体６０が中実状に形成されている。
【００８９】
補強体６０はまた、フレーム本体１０の長手方向と直交する方向に延在し、フレーム本体１０の第１面部１１ａに沿って延在する上面部６１と、フレーム本体１０の長手方向と直交する方向における上面部６１の両側から略垂直方向にフレーム本体１０の第３面部１１ｂに沿って延在する両側の第１側面部６２と、フレーム本体１０の長手方向における上面部６１の両側から略垂直方向にフレーム本体１０の長手方向と直交する方向に延在する両側の第２側面部６３と、フレーム本体１０の第２面部１２ａに沿って延在する下面部６４とを有している。
【００９０】
補強体６０では、上面部６１は、フレーム本体１０の両側の第３面部１１ｂの間の略中央部が補強体６０の内方側へ窪んで形成され、補強体６０は、第１面部１１ａ側における両側の第３面部１１ｂの間の略中央部に該補強体６０の内方側へ凹状に窪む凹部（第１の凹部）６１ａを有している。
【００９１】
また、両側の第１側面部６２は、フレーム本体１０の第１面部１１ａと第２面部１１ｂとの間の略中央部が補強体６０の内方側に窪んで形成され、補強体６０は、第３面部１１ｂ側におけるフレーム本体１０の第１面部１１ａと第２面部１１ｂとの間の略中央部に該補強体６０の内方側へ凹状に窪む凹部（第２の凹部）６２ａを有している。
【００９２】
そして、補強体６０についても、上面部６１がフレーム本体１０の第１面部１１ａに沿って配設されて該第１面部１１ａに接着材２９によって接着結合されるとともに、第１側面部６２がフレーム本体１０の第３面部１１ｂに沿って配設されて該第３面部１１ｂに接着材２９によって接着結合され、下面部６４がフレーム本体１０の第２面部１２ａに合致して該第２面部１２ａに当接するように配設されている。
【００９３】
このようにして、車体フレーム５１では、補強体６０は、フレーム本体１０の角部１０ａに合致して該角部内面に接着材２９を介してそれぞれ当接される両側の第１当接部６０ａが上面部６１と第１側面部６２と第２側面部６３とによって構成され、フレーム本体１０の第２面部１１ａの中央側に当接される第２当接部６０ｂが第２側面部６３と下面部６４とによって構成され、フレーム本体１０の第３面部１１ｂと離間して該第３面部１１ｂと当接しない両側の非当接部６０ｃが第１側面部６２と第２側面部６３によって構成され、フレーム本体１０の角部１０ｂに合致して該角部内面に接着材２９を介してそれぞれ当接される両側の第３当接部６０ｄが第１側面部６２と第２側面部６３と下面部６４によって構成され、非当接部６０ｃは、第２の凹部６２ａにより形成されている。
【００９４】
また、車体フレーム５１では、図５に示すように、フレーム本体１０の内部に複数の補強体６０がフレーム本体１０の長手方向に離間して配設され、車体フレーム５１は、複数の補強体６０を連結する連結部７０を有している。なお、補強体６０と連結部７０とは一体的に形成され、複数の補強体６０と連結部７０からなる補強部材６５が一体的に形成されている。
【００９５】
連結部７０は、フレーム本体１０の長手方向に隣り合う補強体６０を連結するものであり、図６（ｂ）に示すように、フレーム本体１０の第１面部１１ａに沿って延在する底面部７１と、フレーム本体１０の長手方向と直交する方向における底面部７１の両側から略垂直方向にフレーム本体１０の第３面部１１ｂに沿って延在する両側の側面部７２と、底面部７１から略垂直方向にフレーム本体１０の第２面部１２ａまで延びる複数の板状のリブ７４とを有している。
【００９６】
連結部７０の底面部７１は、フレーム本体１０の第１面部１１ａと離間して設けられ、連結部７０の側面部７２は、フレーム本体１０の第３面部１１ｂと離間して設けられ、連結部７０は、フレーム本体１０の第１面部１１ａと第３面部１１ｂとそれぞれ離間するように設けられている。
【００９７】
また、連結部７０のリブ７４は、図６（ｂ）及び図７に示すように、フレーム本体１０の第３面部１１ｂに沿って平行にフレーム本体１０の長手方向に延在し、フレーム本体１０の中央側に設けられるとともに隣り合うリブ７４の間隔が等しく形成され、リブ７４によって等しい大きさの開口部７５が形成されている。
【００９８】
このようにして構成される車両用フレーム構造５１においても、補強体６０は、両側の第１当接部６０ａと第２当接部６０ｂを有していることによりフレーム本体１０の角部１０ａの変形を抑制することができるとともに第２面部１２ａの変形を抑制することができ、また、両側の非当接部６０ｃを有していることによりフレーム本体１０の曲げ剛性の向上に余り寄与しない部分を肉抜きして重量の増加を抑制することができるので、重量の増加を抑制しつつ曲げ剛性を効率的に高めることができる。
【００９９】
また、車両用フレーム構造５１では、フレーム本体１０の内部に複数の補強体６０が該フレーム本体１０の長手方向に離間して配設され、該複数の補強体６０を連結する連結部７０を有していることにより、補強体６０が倒れることを有効に抑制することができ、前記効果をより有効に奏することができる。また、複数の補強体６０のフレーム本体１０への取り付けを容易に行うことができ、作業効率を向上させることができる。
【０１００】
更に、連結部７０は、フレーム本体１０の第１面部１１ａと第３面部１１ｂとそれぞれ離間するように設けられていることにより、重量の増加を抑制しつつ、前記効果を有効に奏することができる。
【０１０１】
図８は、本発明の第４の実施形態に係る車両用フレーム構造を適用した車体フレームの斜視図、図９は、図８に示す車体フレームをＹ９−Ｙ９線に沿った断面で切断した図、図１０は、図８におけるＹ１０ａ−Ｙ１０ａ線及びＹ１０ｂ−Ｙ１０ｂ線に沿った車体フレームの断面図であり、図１０（ａ）は、Ｙ１０ａ−Ｙ１０ａ線に沿った車体フレームの断面図、図１０（ｂ）は、Ｙ１０ｂ−Ｙ１０ｂ線に沿った車体フレームの断面図、図１１は、図９におけるＹ１１−Ｙ１１線に沿った車体フレームの断面図である。なお、第４の実施形態において、第１の実施形態と同様の構成を備えて同様の作用をなすものについては同一符号を付して説明を省略する。
【０１０２】
図８から図１１に示すように、本発明の第４の実施形態に係る車両用フレーム構造を適用した車体フレーム８１は、車体フレーム１と同様に、フレーム本体１０に補強体９０が内蔵され、補強体９０は、フレーム本体１０の長手方向に所定長さを有して形成されているが、フレーム本体１０の長手方向において断面形状が変化するように形成されている。
【０１０３】
補強体９０は、フレーム本体１０の長手方向中央側では、図９及び図１０（ｂ）に示すように、フレーム本体１０の角部１０ａに合致して該角部１０ａ内面に当接される両側の第１当接部９０ａと、フレーム本体１０の第２面部１２ａの中央側に合致して当接される第２当接部９０ｂと、フレーム本体１０の第３面部１１ｂと離間して該第３面部１１ｂと当接しない両側の非当接部９０ｃとを有している。
【０１０４】
一方、補強体９０は、フレーム本体１０の長手方向端部側では、図８及び図１０（ａ）に示すように、フレーム本体１０の角部１０ａに合致して該角部１０ａ内面に当接される両側の第１当接部９０ａと、フレーム本体１０の角部１０ｂに合致して該角部１０ｂ内面にそれぞれ当接される両側の第３当接部９０ｄとを有しているが、フレーム本体１０の第３面部１１ｂ側における第１面部１１ａと第２面部１２ａの間の略中央部が補強体９０の内方側に凹状に窪んで形成されるとともに、フレーム本体１０の第２面部１２ａ側における両側の第３面部１１ｂの間の略中央部が補強体９０の内方側に凹状に窪んで形成されている。
【０１０５】
補強体９０はまた、フレーム本体１０の第１面部１１ａに沿って延在する底面部９１と、フレーム本体１０の長手方向と直交する方向における底面部９１の両側から略垂直方向にフレーム本体１０の第３面部１１ｂに沿って延在する両側の第１側面部９２と、フレーム本体１０の長手方向における底面部９１の両側から略垂直方向にフレーム本体１０の長手方向と直交する方向に延在する両側の第２側面部９３と、底面部９１から略垂直方向にフレーム本体１０の第２面部１２ａに向かって延びる複数の板状のリブ９４と、を有している。
【０１０６】
補強体９０についても、底面部９１は、フレーム本体１０の両側の第３面部１１ｂの間の略中央部が補強体９０の内方側へ窪んで形成され、補強体９０は、第１面部１１ａ側における両側の第３面部１１ｂの間の略中央部に該補強体９０の内方側へ凹状に窪む凹部（第１の凹部）９１ａを有している。
【０１０７】
また、底面部９１に結合される第１側面部９２は、フレーム本体１０の長手方向中央側では、フレーム本体１０の第１面部１１ａと第２面部１１ｂとの間の略中央部まで延び、フレーム本体１０の長手方向端部側では、フレーム本体１０の第２面部１２ａまで延びて形成されているが、フレーム本体１０の第１面部１１ａと第２面部１１ｂとの間の略中央部で分断されて形成されている。
【０１０８】
一方、第２側面部９３は、フレーム本体１０の角部１０ａ内面に当接されるように形成されるとともにフレーム本体１０の角部１０ｂ内面に当接するように形成されるが、フレーム本体１０の第３面部１１ｂ側における第１面部１１ａと第２面部１２ａの間の略中央部が補強体９０の内方側に凹状に窪んで形成されるとともに、フレーム本体１０の第２面部１２ａ側における両側の第３面部１１ｂの間の略中央部が補強体９０の内方側に凹状に窪んで形成されている。
【０１０９】
また、補強体９０のリブ９４は、格子状に配設され、第３面部１１ｂに沿って平行にフレーム本体１０の長手方向に延びる複数の板状の縦リブ９４ａと、フレーム本体１０の長手方向と直交し、フレーム本体１０を横切る方向に延びる横リブ９４ｂとを有し、縦リブ９４ａと横リブ９４ｂによってフレーム本体１０の第１面部１１ａから第２面部１２ａに向かう方向に開口する四角形状の開口部９５が形成されている。
【０１１０】
図１１に示すように、縦リブ９４ａは、第３面部１１ｂ側に近づくにつれて隣り合うリブ９４ａの間隔が狭く形成されている。これにより、縦リブ９４ａと横リブ９４ｂによって形成される開口部９５は、フレーム本体１０の長手方向と直交する方向における中央側では略正方形状に形成され、フレーム本体１０の長手方向と直交する方向における第３面部１１ｂ側では略矩形状に形成され、開口部９５の大きさが小さく形成されている。
【０１１１】
また、リブ９４は、具体的には縦リブ９４ａ及び横リブ９４ｂは、図１０（ｂ）に示すように、フレーム本体１０の長手方向中央側において、フレーム本体１０の長手方向と直交する方向におけるフレーム本体１０の中央側では第２面部１２ａに当接するように形成され、フレーム本体１０の長手方向と直交する方向における第３面部１１ｂ側では第２面部１２ａと離間するように形成され、第３面部１１ｂに近づくにつれてリブ９４の長さが短く形成されている。
【０１１２】
一方、リブ９４は、図１０（ａ）に示すように、フレーム本体１０の長手方向端部側において、フレーム本体１０の長手方向と直交する方向における第３面部１１ｂ側では、第２面部１２ａに当接するように形成されているが、フレーム本体１０の第１面部１１ａと第２面部１１ｂとの間の略中央部で分断されて形成され、フレーム本体１０の長手方向と直交する方向におけるフレーム本体１０の中央側では第２面部１２ａと離間するように形成され、フレーム本体１０の中央部に近づくにつれてリブ９４の長さが短く形成されている。
【０１１３】
そして、補強体９０についても、底面部９１がフレーム本体１０の第１面部１１ａに沿って配設されて該第１面部１１ａに接着材２９によって接着結合されるとともに、第１側面部９２がフレーム本体１０の第３面部１１ｂに沿って配設されて該第３面部１１ｂに接着材２９によって接着結合されている。
【０１１４】
このようにして、車体フレーム８１では、補強体９０は、フレーム本体１０の角部１０に合致して該角部内面に接着材２９を介してそれぞれ当接される両側の第１当接部９０ａが底面部９１と第１側面部９２によって構成され、フレーム本体１０の第２面部１１ａの中央側に合致して当接される第２当接部９０ｂがリブ９４によって構成され、フレーム本体１０の第３面部１１ｂと離間して該第３面部１１ｂと当接しない両側の非当接部９０ｃがリブ９４によって構成されている。
【０１１５】
このようにして構成される車両用フレーム構造８１においても、フレーム本体１０に内蔵した補強体９０は、両側の第１当接部９０ａと第２当接部９０ｂを有していることによりフレーム本体１０の角部１０ａの変形を抑制することができるとともに第２面部１２ａの変形を抑制することができ、また、両側の非当接部９０ｃを有していることによりフレーム本体１０の曲げ剛性の向上に余り寄与しない部分を肉抜きして重量の増加を抑制することができるので、重量の増加を抑制しつつ曲げ剛性を効率的に高めることができる。
【０１１６】
本実施形態に係る車体フレーム８１では、補強体９０は、好ましくは、フレーム本体１０の長手方向における外部から曲げ荷重が作用し得る部分に補強体９０のフレーム本体１０の長手方向中央側が対応するようにして、フレーム本体１０の長手方向における外部から曲げ荷重が作用し得る部分を含む所定範囲に設けられる。これにより、重量の増加を抑制しつつフレーム本体１０の曲げ剛性を効率的に高めることができる。
【０１１７】
また、フレーム本体１０の長手方向における外部から曲げ荷重が作用し得る部分に補強体９０のフレーム本体１０の長手方向中央側が対応するように設けた車体フレーム８１では、フレーム本体１０に外部から曲げ荷重が作用する場合に、補強体９０に入力される荷重をフレーム本体１０の長手方向に伝達してフレーム本体１０の角部１０ａ、１０ｂに伝達することができるので、フレーム本体１０の曲げ剛性をさらに向上させることができる。
【０１１８】
以上のように、本実施形態に係る車両用フレーム構造では、フレーム本体に内蔵した補強体は、フレーム本体の第１面部と両側の第３面部との間に形成される角部に合致して該角部内面にそれぞれ当接される両側の第１当接部と、フレーム本体の第２面部の中央側に合致して当接される第２当接部と、フレーム本体の第３面部と離間して該第３面部と当接しない両側の非当接部とを有している。
【０１１９】
これにより、フレーム本体に外部から曲げ荷重が作用する場合に、両側の第１当接部と第２当接部によってフレーム本体の角部の変形を抑制することができるとともに第２面部の変形を抑制することができ、また、両側の非当接部によってフレーム本体の曲げ剛性の向上に余り寄与しない部分を肉抜きして重量の増加を抑制することができるので、重量の増加を抑制しつつ曲げ剛性を効率的に高めることができる。
【０１２０】
前述した本実施形態に係る車両用フレーム構造は、例えばサイドシルやピラーなどの車体フレームに適用することができ、本願発明者等は、サイドシルに適用するに際して、サイドシルに外部から曲げ荷重が作用するときに該サイドシルに生じる応力についてシミュレーション解析を行った。
【０１２１】
図１２は、サイドシルに外部から荷重が作用するときに該サイドシルに生じる応力を示す図であり、図１２では、シミュレーション解析によって得られたサイドシルに生じる応力分布を、サイドシルの車体前方側について示している。また、図１３は、図１２におけるＹ１３−Ｙ１３線に沿ったサイドシルの断面図である。
【０１２２】
サイドシル１０１として、図１２に示すように、車体前後方向に延びて車体前方側が車体上下方向に延びるフロントピラー１１０に結合され、図１３に示すように、車体の内面の一部を構成するサイドシルインナ１０２と、車体の外面の一部を構成するサイドシルアウタ１０３と、サイドシルインナ１０２とサイドシルアウタ１０３との間に配設されるサイドシルレイン１０４とを備えたモデルを用いた。
【０１２３】
具体的には、サイドシルインナ１０２は、略水平方向に延びる上面部１０２ａと、上面部１０２ａに対向して略水平方向に延びる下面部１０２ｂと、上面部１０２ａと下面部１０２ｂの車内側を連結して車体上下方向に延びる側壁部１０２ｃとを備えて断面ハット状に形成され、車内側に側壁部１０２ｃが膨出するように配設されている。また、サイドシルインナ１０２は、上面部１０２ａに上方向に延びる上フランジ部１０２ｄを備えるとともに、下面部１０２ｂに下方向に延びる下フランジ部１０２ｅを備えている。
【０１２４】
一方、サイドシルアウタ１０３は、略水平方向に延びる上面部１０３ａと、上面部１０３ａに対向して略水平方向に延びる下面部１０３ｂと、上面部１０３ａと下面部１０３ｂの車外側を連結して車体上下方向に延びる側壁部１０３ｃとを備えて断面ハット状に形成され、車外側に側壁部１０３ｃが膨出するように配設されている。また、サイドシルアウタ１０３は、上面部１０３ａに上方向に延びる上フランジ部１０３ｄを備えるとともに、下面部１０３ｂに下方向に延びる下フランジ部１０３ｅを備えている。
【０１２５】
これらサイドシルインナ１０２とサイドシルアウタ１０３とは、サイドシルレイン１０４を介して上フランジ部１０２ｄ、１０３ｄ及び下フランジ部１０２ｅ、１０３ｅがそれぞれ接合され、これにより、サイドシル１０１は、サイドシルインナ１０２とサイドシルアウタ１０３とによって略矩形閉断面状に形成されている。なお、サイドシルレイン１０４は、サイドシル１０１内において車体上下方向に延びるように形成されている。
【０１２６】
このようにして形成されたサイドシル１０１を備えた車体のモデルを用いて、図示しないサスペンション装置から該車体に走行時に入力される荷重を模擬した荷重を入力させて、フロントピラー１１０を通じてサイドシル１０１の上部から該荷重を作用させ、サイドシル１０１に生じる応力について解析を行った。
【０１２７】
図１２に示すように、かかる解析によれば、サイドシル１０１に生じる応力は、サイドシル１０１の上面部については、具体的にはサイドシルインナ１０２の上面部１０２ａ及びサイドシルアウタ１０３の上面部１０３ａについてはフロントピラー１１０との結合部近傍において高くなっており、サイドシル１０１の下面部についても、具体的にはサイドシルインナ１０２の下面部１０２ｂ及びサイドシルアウタ１０３の下面部１０３ｂについてもフロントピラー１１０との結合部近傍において高くなっている。
【０１２８】
そこで、このシミュレーション解析結果から、本実施形態に係る車両用フレーム構造をサイドシル１０１に適用する際には、フロントピラー１１０との結合部近傍の応力の高い領域（図１２において矢印Ａ１及びＡ２で示す部分）を含むように、本実施形態に係る車両用フレーム構造に用いた補強体を設けることが有効であると考えられる。
【０１２９】
図１４は、本発明の第１の実施形態に係る車両用フレーム構造のサイドシルへの適用を説明するための説明図、図１５は、図１４におけるＹ１５−Ｙ１５線に沿ったサイドシルの断面図である。本発明の第１の実施形態に係る車両用フレーム構造をサイドシルへ適用する際には、サイドシル１０１内に配設されたサイドシルレイン１０４に代えて、図１４に示すように、第１の実施形態に係る車両用フレーム構造に用いた補強体２０’をサイドシル１０１に内蔵させる。なお、補強体２０’は、補強体２０において両側の第２側面部２３の間の空間を充填して中実状に形成したものである。
【０１３０】
補強体２０’は、サイドシル１０１に外部から曲げ荷重が作用する場合に応力が高くなり得るフロントピラー１１０との結合部近傍に内蔵され、図１５に示すように、接着材２９を介してサイドシルインナ１０２の上面部１０２ａと側壁部１０２ｃとの間に形成される角部１０１ａに合致して該角部内面に当接される第１当接部２０ａと、接着材２９を介してサイドシルアウタ１０３の上面部１０３ａと側壁部１０３ｃとの間に形成される角部１０１ａに合致して該角部内面に当接される第１当接部２０ａと、サイドシル１０１の下面部の中央側に、具体的にはサイドシルインナ１０２の下面部１０２ｂの車外側とサイドシルアウタ１０３の下面部１０３ｂの車内側に合致して当接される第２当接部２０ｂと、サイドシルインナ１０２の側壁部１０２ｃ、サイドシルアウタ１０３の側壁部１０３ｃと離間して該側壁部１０２ｃ、１０３ｃと当接しない両側の非当接部と２０ｃとを有している。
【０１３１】
このように、サイドシル１０１に内蔵させる補強体２０’が、両側の第１当接部２０ａと第２当接部２０ｂと両側の非当接部２０ｃとを有していることにより、重量の増加を抑制しつつ曲げ剛性を効率的に高めることができる。また、補強体２０’を、応力が高くなり得るフロントピラー１１０との結合部近傍に設けることにより、重量の増加を抑制しつつサイドシル１０１の曲げ剛性を効率的に高めることができる。
【０１３２】
図１６は、本発明の第３の実施形態に係る車両用フレーム構造のサイドシルへの適用を説明するための説明図である。図１６に示すように、サイドシル１０１に、第１の実施形態に係る車両用フレーム構造に用いた補強体２０’に代えて、第３の実施形態に係る車両用フレーム構造に用いた複数の補強体６０と連結部７０からなる補強部材６５を、サイドシル１０１に外部から曲げ荷重が作用する場合に応力が高くなり得るフロントピラー１１０との結合部近傍に内蔵させるようにしてもよい。
【０１３３】
なお、本実施形態では、金属製フレーム本体に樹脂製の補強体を内蔵させて該フレーム本体を補強するようにしているが、本実施形態に係る車両用フレーム構造に用いる補強体は、樹脂製に限定されるものでなく、その他の材料で形成するようにしてもよい。
【０１３４】
以上のように、本発明は、例示された実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計上の変更が可能であることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【０１３５】
本発明は、重量の増加を抑制しつつ曲げ剛性を効率的に高めることができる車両用フレーム構造を提供することができ、例えばサイドシルやピラーなどの車体の一部を構成する車体フレームに広く利用される可能性がある。
【符号の説明】
【０１３６】
１、３１、５１、８１  車体フレーム
１０  フレーム本体
１０ａ、１０ｂ  角部
１１ａ  第１面部
１１ｂ  第３面部
１２ａ  第２面部
２０、４０、６０、９０  補強体
２０ａ、４０ａ、６０ａ、９０ａ  第１当接部
２０ｂ、４０ｂ、６０ｂ、９０ｂ  第２当接部
２０ｃ、４０ｃ、６０ｃ、９０ｃ  非当接部
２１、４１、６１、９１  補強体の底面部
２１ａ、４１ａ、６１ａ、９１ａ  第１の凹部
２２、４２、６２、９２  補強体の側面部
２４、４４、７４、９４  リブ
４０ｄ、６０ｄ  第３当接部
４２ａ、６２ａ  第２の凹部
７０  連結部
【図１】
0005556533.tif 000002
【図２】
0005556533.tif 000003
【図３】
0005556533.tif 000004
【図４】
0005556533.tif 000005
【図５】
0005556533.tif 000006
【図６】
0005556533.tif 000007
【図７】
0005556533.tif 000008
【図８】
0005556533.tif 000009
【図９】
0005556533.tif 000010
【図１０】
0005556533.tif 000011
【図１１】
0005556533.tif 000012
【図１２】
0005556533.tif 000013
【図１３】
0005556533.tif 000014
【図１４】
0005556533.tif 000015
【図１５】
0005556533.tif 000016
【図１６】
0005556533.tif 000017
【図１７】
0005556533.tif 000018
【図１８】
0005556533.tif 000019